Особенности сил упругости




В е с т е л а з а в и с и т

1) опора покоится или движется равномерно P = mg

2) опора движется с ускорением: вверх P = m(g + a), вниз P = m(g – a)

3) тело движется по окружности в вертикальной плоскости

«яма» P = m(g + v2/r) «бугор» P = m (g – v2/r)

Невесомость – состояние тела, при которомР = 0

(нет опоры N = 0, a = g, или удалено от Земли F = 0)

 

ИСЗ на орбите. Расчет первой космической скорости

F = ma, F = GmM/R2 a = v2/R

M h

a h или

R+h F

при h = 0, v = √Rg v1 = 7,8 км/с

v1 – скорость, при которой тело будет вращаться вокруг

планеты по круговой орбите только под действием FT

 

 Вопросы 1. Что называется силой тяжести? 2. Как направлена сила тяжести? 3. От чего зависит сила тяжести? 4. На чем основано измерение массы тел? 5. От чего зависит ускорение свободного падения? 6. По какой формуле рассчитывается g? 7. Что называется весом тела? 8. Как направлен вес тела? 9. От чего зависит вес тела? 10. Что называется невесомостью? 11. Что называется первой космической скоростью? 12. Как рассчитать первую космическую скорость? 13. В каком случае вес тела равен силе тяжести? 14. Как изменится вес тела при перемещении с полюса на экватор? 15. Почему тела падают с одинаковыми ускорениями? 16. Почемуg зависит от географической широты? 17. Как будет изменятся g при движении к центру Земли? 18. Как заставить гирю в 10 Н растягивать пружину динамометра с силой больше 10 Н? 19. Как, имея пружину и секундомер, можно в условиях невесомости сравнить массы двух тел? 20. Приведите пример, когда вес тела направлен вверх? Горизонтально 21. Тело брошено вверх. Как изменится ускорение тела, если учитывать сопротивление воздуха?   Задача Какую скорость должен иметь ИСЗ, чтобы обращаться по круговой орбите на высоте 600 км над поверхностью Земли? Каков период его обращения? Дано: СИ Решение h = 600 км 6·105м Используем формулу для v1 для случая, R = 6400км 6,4·106м когда тело находится на высоте h v -? Т--? v1 = R√g/(h+R) v1 = 7600 м/с = 7,6км/с Период обращения находим по формуле равномерного движения по окружности радиуса r = R+h T = 2π(R+h)/v1 Т = 5795с ≈ 97мин Ответ: 7,6 км/с; 97 мин.
Законы Ньютона (ПЕРВЫЙ) Кинематика: а) движение без причин б) все СО = Динамика: а) в чем причина движения? б) зависит от выбора СО СО инерциальные (а = 0) Земля, Солнце (так проще!) неинерциальные (а ≠ 0) автобус, карусель Причина: -- ∆v (или а) действие других тел (всегда!) Действия скомпенсированы (1 – 4) 1 2 1. Земля – опора v = 0
2. Земля – нить v = 0

3 4 5.

• 3. Земля – вода v = const

4. Земля – воздух v = const

5. Действия нет v = const

Явление инерции


Если действия нет или все действия скомпенсированы

(R=0), тело покоится или движется равномерно

прямолинейно (v = const, a = 0)

 


Относительно чего?

Инерциальные СО

а) в которых при R = 0 v = const = далекие звезды!

б) которые движутся относительно = Солнце

инерциальных СО равномерно ≈ Земля? (0,034 << 9,8)

прямолинейно

Первый закон Ньютона (варианты)

1.Существуют такие СО, относительно которых свободные тела движутся равномерно и прямолинейно

2. Тело будет находиться в покое или двигаться равномерно и

прямолинейно, пока действие со стороны других тел не выведет его из этого состояния

3. В инерциальной СО тело, не подверженное внешним воздействиям, находится в покое или движется равномерно и прямолинейно

 

 В о п р о с ы 1. Какая СО называется инерциальной? Неинерциальной? Примеры. 2. В каком случае тело движется равномерно? 3. Что называется материальной точкой? 4. Сформулировать первый закон Ньютона? 5. Какая СО называется геоцентрической? 6. Какая СО называется гелиоцентрической? 7. Почему геоцентрическая СО лишь приблизительно может считаться инерциальной? 8. В чем заключается принцип причинности? 9. Как будет вести себя ракета в космосе, если двигатель выйдет из строя? 10. Почему споткнувшийся человек падает вперед, а поскользнувшийся – назад? 11. Почему парашютист по истечении некоторого времени падения с раскрытым парашютом, падает равномерно, а не ускоренно? 12. При каких условиях пароход, плывущий против течения, будет иметь постоянную скорость? 13. В чем основная причина разрушения зданий при землетрясениях? 14. В вагоне прямолинейно и равномерно движущегося поезда мальчик выпустил из рук мяч. Где он упадет? 15. Заяц, спасаясь от преследуемой его собаки, делает резкие прыжки в сторону. Почему собаке трудно поймать зайца, хотя она бегает быстрее? 16. Почему при сплаве леса большое количество бревен выбрасывается на берег на поворотах реки? 17. Мяч, лежавший неподвижно на столе вагона движущегося равно – мерно поезда, покатился вперед по направлению движения поезда. Какое изменение в движении поезда произошло?   Задача Указать и сравнить силы, действующие на шарик: а)шарик лежит на горизонтальном столе; б) шарик получает толчок от руки; в) шарик катится по столу; г) шарик летит со стола. а) б) в) г) N N N • • FTP •     FT (N = FT ) FT FT FT  
Второй закон Ньютона Изменение скорости тел – только при взаимодействии! a a a N S FTP V Инертность– свойство тел сохранятьV, «откликаться» определенным ускорением на действие Масса – мера инертности 1 2 m1 < m2 a1 > a2 Измерение массы: а) по ускорению при взаимодействию с эталоном mт = mэтаэт/ат б) взвешиванием (сравнение с эталоном) Сила – характеристика взаимодействия тел Fупр V Fт Fтр Сила упругости Сила тяжести Сила трения (модуль, направление, точка приложения) F = maСила, действующая на тело … IIзакон a = F/mУскорение, получаемое телом … Ньютона   Особенности второго закона Ньютона:   1. Для любых сил [ F ] = 1Н = 1 кг*м/с2 2. F – причина а, определяет а....телу...1 кг 3. Вектор а сонаправлен Fсообщает...1 м/с2 4. Если действуют несколько сил, то берется результирующая сила ma = F1 + F2 + F3 +... 5. Если F = 0, то а = 0 (первый закон Ньютона)   Как измерить силу? а) эталонная пружина (динамометр) б) через ускорение (расчет)   В о п р о с ы 1. Что называется силой? 2. Чем характеризуется сила? 3. Какие две силы считаются равными? 4. Как измерить силу? 5. Как складываются силы, действующие на тело? 6. Как ускорение связано с силой? 7. Что называется инерцией? Примеры 8. Как направлено ускорение тела? 9. Сформулируйте второй закон Ньютона? 10. Какую роль в движении играет масса? 11. Как движется тело, если F = 0? 12. Что принято за 1Н? 13. Что принято за 1кг? 14. На каком принципе основано применение динамометра? 15. Как измерить массу тела? 16. Почему при ударе камня в стекло, оно разлетается в дребезги, а при ударе пули в нем остается только отверстие? 17. Почему в боксе и борьбе используют разделение спортсменов по весовым категориям? 18. Как, имея пружину и секундомер, можно сравнить массы тел в условиях невесомости? 19. Может ли автомобиль двигаться равномерно по горизонтальному участку дороги с выключенным двигателем?   Задача На шнуре, перекинутом через неподвижный блок, помещены грузы массами 0,2 и 0,3 кг. С каким ускорением движутся грузы? Какова сила натяжения шнура во время движения? Дано: Решение m1 = 0,2 кг a1 = a2 = a т.к грузы движутся одновременно, m2 = 0,3 кг Т1 = Т2 = Т по III з. Ньютона a -? Т -? Запишем ур-я II з. Ньютона для обоих тел: а1 а2 m1a = T – m1g m2a = m2g – T (решаем систему уравнений) Т a = (m2 – m1)g/(m1 + m2) a = 2 м/с2 T = m1a + m2g T = 2,4 H T m1g Ответ: а = 2 м/с2, Т = 2,4 Н m2g  
Третий закон Ньютона Fупр F1 F2 FТ Из многочисленных наблюдений и опытов: 1. Тела взаимодействуют (непосредственно и на расстоянии) 2. Векторы сил направлены в противоположные стороны 3. a1/ a2 = m2 / m1Силы, с которыми два тела действуют a1m1 = a2m2 друг надруга, равны по модулю, противоположны по направлению и F1 = -- F2приложены к взаимодействующим телам Особенности третьего закона Ньютона – только парами A B – всегда при взаимодействии – одной природы – не уравновешиваются FAB FBA – для сил любой природы   Проявление в природе и технике       FT FTP Система законов динамики. Законы Ньютона выполняются в системе, т.е. одновременно и только в инерциальных системах отсчета. 1-й закон позволяет отобрать ИСО. 2-й закон позволяет по известным силам найти ускорение тела. 3-й закон позволяет связать между собой взаимодействующие тела. Все эти законы следуют из опыта.   В о п р о с ы 1. Сформулировать третий закон Ньютона? 2. В чем заключены особенности этого закона? 3. Почему в III законе силы не уравновешивают друг друга? 4. Почему нельзя поднять себя за волосы? 5. Можно ли натянуть веревку строго горизонтально? 6. Если топор застрял в бревне, как лучше его извлечь ударяя о твердую опору: вниз поленом или вниз обухом топора? 7. Почему при прыжке в момент приземления нужно сгибать колени? 8. Тело брошено под углом к горизонту. Куда направлено ускорение тела, если сопротивление воздуха не учитывать? 9. Почему сорняки не рекомендуется вырывать рывком? Алгоритм решения задач 1. Выяснить характер движения (равномерное а = 0; равноускоренное a > 0, a < 0; свободное падение a = g) 2. Выяснить: есть ли начальная скорость. 3. Выразить величины в системе СИ 4. Записать формулы для данного движения 5. Если силы действуют не на одной прямой, то рассматривать их проекции. 6. Получить искомую величину 7. Проанализировать ответ   Задача При каком минимальном значении силы F и какая из нерастяжимых нитей, связывающих грузы, разорвется, если она выдерживает предельную нагрузку 100 Н. Массы грузов m, 2m, 3m. Трения нет. Дано: Решение m1 = m Запишем ур-я движения 3m T2 2m T1 m F m2 = 2m ma = F – T1 m3 = 3m 2ma = T1 – T2 F0 = 100 H 3ma = T2 F -? Решая систему уравнений, получим F = 6ma, T1 = 5ma, T2 = 3ma откуда следует, что T1 > T2, следовательно порвется нить между I и II телом Найдем силу F. Из условия задачи Т1 = F0 =100 Н F = 6/5 Т1 F = 1,2·100 = 120 Н   Ответ: 120 Н, порвется первая нить.  
Силы упругости -- возникают при деформации тела и зависят от величины деформации

r0

Fупр = 0

 

r > r0

 


r < r0

 

п р и р о д а -- э л е к т р о м а г н и т н а я

x = ℓ - ℓ0 – удлинение тела (м)

Закон Гука F упр = -- kx k - коэффициент

жесткости (Н/м)

k – зависит от рода вещества и геометрических размеров

F F ↑↓ x (всегда!)

 

Выполняется при малых деформациях

 

0 Х Действие силы упругости

 


N

T T1 T2

P

P α P

P = T N = P sin α P = T1 + T2

N – сила реакции опоры Т – сила натяжения нити

Особенности сил упругости

1) возникают одновременно у двух тел

2) действуют перпендикулярно поверхности

3) противоположны смещению

 

 В о п р о с ы 1. Что называется деформацией? 2. В чем причина силы упругости? 3. Сформулировать закон Гука. 4. При каких условиях выполняется закон Гука? 5. Что называется коэффициентом жесткости? Единицы измерения. 6. От чего зависит коэффициент жесткости? 7. Как направлена сила упругости? 8. Почему возникает сила реакции опоры? 9. Как движется тело под действием силы упругости? 10. На каком принципе работает динамометр? 11. Как заставить гирю в 10Н растягивать пружину динамометра с силой, больше чем 10Н? 12. Зачем у динамометров делают ограничитель растяжения пружины? 13. Почему стальной шарик хорошо отскакивает от камня и плохо отскакивает от асфальта? 14.Как изменится коэффициент жесткости пружины, если её укоротить в два раза?   Задача. С каким максимальным ускорением можно поднимать с помощью веревки тело массой 200кг, если веревка выдерживает неподвиж- ный груз массой 240 кг?   Дано: Решение m1 = 200кг Fупр = m2g (по I закону Ньютона) m2 = 240кг m1a = Fупр – m1g (по II закону Ньютона) а -? m1a = m2g – m1g   Ответ: 2м/с2
Силы трения 1) При соприкосновении п р и р о д а 2) Вдоль поверхности э л е к т р о м а г н и т н а я 3) Против движения 4) Зависит от веса и рода соприкасающихся веществ Трение покоя FTP -- на тело действует сила F, а тело покоится FTP = -- F Трение скольжения 0 F FTP = μN μ – коэффициент трения скольжения (0 < μ < 1) зависит от рода материалов N F N N F F FTP FTP) α v Fтр mg mg α(mg N = mg N = mg cos α N = mg – F sin α FTP = μmg FTP = μmg cos α FTP = μ(mg – F sin α) Трение качения V (колесо,подшипник) FTP Fтр. кач << Fтр. скольж Fтр. кач = μN/R   Увеличивают: песок, рукавицы, шурупы, шиповки Уменьшают: валы, оси, шлифовка, подшипники, смазка   Задача 2 На горизонтальном полу стоит ящик массой 20кг. Коэффициент трения между полом и ящиком равен 0,3. К ящику в горизонтальном направлении прикладывают силу 36Н. Какова сила трения между ящиком и полом. Решение Максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения, FTP(МАХ) = μmg FTP(МАХ) = 0,3·20·10 = 60H   FTP(МАХ) > F, тело находится в покое и по I закону Ньютона FTP = F = 36H Ответ: 36Н В о п р о с ы 1. Когда возникает сила трения? Как она направлена? 2. Назовите виды силы трения 3. Что называется силой трения покоя? 4. Чему равна сила трения покоя? Почему? 5. Когда возникает сила трения скольжения? 6. От чего зависит сила трения скольжения? 7. По какой формуле рассчитывается сила трения? 8. От чего зависит коэффициент трения? 9. Как уменьшить силу трения скольжения? 10. Когда возникает сила трения качения? от чего зависит? 11. Чему равна сила трения, если тело движется равномерно? 12. Почему ящик труднее сдвинуть с места, чем сохранять движение? 13. Почему трение называют силой, несмотря на то, что оно не создаёт движение? 14. Как легче передвигать тележку: толкая впереди себя или ведя за собой за ручку? 15. Какие санки скатятся с горы быстрее: с одним или двумя седоками? 16. Может ли автомобиль двигаться равномерно по горизонтальному участку с выключенным двигателем? 17. Почему парашютист по истечении некоторого времени падения с раскрытым парашютом падает равномерно, а не ускоренно?   Задача 1. Троллейбус массой 10т, трогаясь с места, приобрел на пути 50м скорость 10м/с. Найдите коэффициент трения, если сила тяги равна 14кН.   Дано: СИ Решение m = 10т = 10000кг ma = Fтяг – Fтр (II закон Ньютона) s = 50м Fтр = μmg (сила трения) v = 10м/с (из кинематики), а = 1м/с2 Fтяг = 14кН = 14000Н μ -? Ответ: 0,04  

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-06-10 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Читайте также:

Деталирование сборочного чертежа

Когда производственнику особенно важно наличие гибких производственных мощностей?

Собственные движения и пространственные скорости звезд

Тема 11. Банковские риски и способы их оценки

Опросник «Активность повседневной жизни»

Интересно:

Как устроена магнитная головка

Что такое цифровой прототип?

Краткий словарь жестового языка

Что такое графический способ записи алгоритмов?

Обратная связь